无机化学第二章化学热力学初步

无机化学第二章化学热力学初步，包含热力学第一，第三定律，以及热力学基本概念，知识点完备，是考研复习的不二法宝。

化学热力学初步

• 热力学第一定律
  • 第一定律的表述
    • 即体系热力学能的改变量等于体系从环境吸收的热量 Q 与环境 对体系所做的功 W 之和。 
    • 热力学第一定律的实质是能量守恒
  • 功和热
    • 功和热的符号规定
      • 体系吸热Q 为正，放热Q 为负
      • W为正表示环境对体系做功，W为负表示体系对环境做功
    • 功和热与途径有关
• 化学反应进行的方向
  • 过程进行的方式
    • p － V 线与体积功
      • p － V 线下覆盖的面积等 于体系对环境所做的体积功
    • 体积功的极限
      • 我们清楚地看到，膨胀次数 N 越大的途径， p－V 折线下覆盖的面积越大，过程中体系所作的体积功越大。N 无穷大，体系经过无限多次的平衡达到终态 p = 1，N 趋近于无穷大时，p－V 折线无限逼近 pV 曲线，该途径中体系做功最多，是体积功的极限值。
    • 可逆途径和自发过程
      • 可逆途径
        • 膨胀次数无限多，时间无限长，速度无限慢
        • 驱动力无限小，体系几乎一直处于平衡状态
        • 体系做的功比其他途径时体系所做的功大，该途径的功用 Wr 表示，它有最大绝对值
        • 体系和环境的状态可以由原路线还原
      • 自发过程
        • N = 1， N = 2， N = 4，N = 8 ，…… N = 100 等过程均 称为自发过程。
        • 自发过程的逆过程，称为非自发过程。
      • 在熔、沸点下的状态变化，一般可以认为是可逆过程
    • 化学反应进行的方向
      • 自发进行的方向是高温变低，低温变高。
    • 反应热和温度对反应方向的影响
      • 放热反应一般可自发进行。这条规律有一定的适应性，除反应热和温度外，还有 其他影响反应方向的因素，除反应热和温度外，还有其他影响反应方向的因素
  • 熵
    • 混乱度和微观状态数
      • 粒子数相同时，粒子活动范围大，则  大
      • 活动范围相同时，粒子数多，则  大
    • 状态函数 熵（S）
      • 表征体系的混乱度
      • 恒温过程
    • 恒温恒压下的化学反应
      • H > 0 的过程，只有当 S > 0 时才可以自发进行。
      • S < 0 的过程，只有当 H < 0 时才可以自发进行。
    • 热力学第三定律和标准熵
      • 热力学第三定律
        • 假设实现了0 K，晶体粒子的热运动停止，粒子完全固定在一定 位置上。0 K 时，体系微观状态数  为 1，熵 S = 0
    • rS 正负的定性判断
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  • 吉布斯自由能
    • 自由能判据
      •  G 称为吉布斯自由能， 状态函数，单位焦耳（J）有加和性，量度性质。
    • 自由能 G为在恒温恒压条件下，体系可以用来做非体积功的能量。
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    • 标准生成自由能
      • 热力学规定，某温度时，在 100 kPa压力下，由处于标准态的各种元素的指定单质，生成标准态的 1 mol 某物质时的自由能改变量，叫做这种温度下该物质的标准摩尔生成自由能，简称生成自由能。生成自由能用表示， 单位 kJ•mol－1。
    • 吉布斯 —— 赫姆霍兹方程
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• 热 化 学
  • 化学反应的热效应
    • 定义
      • 当生成物的温度恢复到反应物的温度时，化学反应中所吸收或放出的 热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。
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    • 恒容反应热
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      • 在恒容反应中，热效应全部用来改变体系的热力学能
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    • 恒压反应热Qp
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      • 令 H = U + pV ，H 称为焓，由于 U 不可求，故焓 H 不可求
      • 在恒压反应中，热效应 Qp 全部用来改变体系的焓
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    • Qp 和 QV 的关系
    • 摩尔反应热
      • 某恒压反应，当反应进度为 mol 时，恒压热为 ，则
    • 盖斯定律
      • H 是状态函数， 不受途径影响。（恒压）
    • 生成热
      • 定义
        • 某温度时，在 100 kPa 压力下，由处于标准态的各种元素的指定单质，生成标准态的 1 mol 某物质时的热效应，叫做该物质的标准摩尔生成热。简称标准生成热或生成热。
      • 标准态
        • 固态和液态 纯物质为标准态，即 xi = 1
        • 气体标准态是指气体分压为 100 kPa
      • 标准生成热的应用
    • 燃烧热
      • 定义
        • 在 100 kPa 压力下，1mol 物质完全燃烧时的热 效应，叫做该物质的标准摩尔燃烧热。简称标准燃烧热或燃烧热。
      • 应用
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• 热力学基本概念
  • 体系和环境
    • 定义
      • 体系
        • 我们研究的对象， 称为体系
      • 环境
        • 体系以外的其他部分，称为环境
    • 体系分类
      • 敞开体系
        • 体系和环境之间 既有能量交换， 又有物质交换
      • 封闭体系
        • 体系和环境之间有能量交换， 无物质交换
      • 孤立体系
        • 体系和环境之间 既无物质交换，又无能量交换
  • 状态和状态函数
    • 定义
      • 状态
        • 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式
      • 状态函数
        • 确定体系状态的物理量，称为状态函数
      • 状态一定，则体系的状态函 数一定
  • 过程和途径
    • 定义
      • 过程
        • 体系的状态发生变化，从始态到终态，则称体系 经历了一个热力学过程，简称过程。
      • 途径
        • 完成一个热力学过程，可以采取多种不同的具体方式。每一种具体方式，称为一种途径
      • 过程注重于始态和终态； 而途径注重于具体方式。
  • 体积功
    • 定义
      • 在热力学过程中，体系对抗外压改变体积，产生体积功。
  • 热力学能（内能）
    • 热力学能是体系内部所有能量之和。它包括分子、原子的动能，势 能；核能；电子的动能 ，以及一些尚未研究的能量。
  • 反应进度
    • 反应物减少的物质的量或生成物增加的物质的量与反应式中对应的物质的量计数之比